CN116968025A - 一种机器人校准方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机器人校准方法、装置、电子设备及介质，包括：获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息以及第三标定信息，其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息；根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值；根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵；基于所述转换矩阵对机器人校准。本发明能够提升校准效果与焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人视觉定位技术领域，尤其涉及一种机器人校准方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
工业机器人在焊接过程中需要预先进行定位，而为了保证定位的精准性，其需要先对机器人进行校准。目前，常用的机器人的校准方法为机器人手眼标定方法，其通过分别获取多个空间点在机械臂坐标系和视觉坐标系下的位置进行匹配后获得转换关系，作为外参标定结果，来决定机械臂作业过程中的精度。然而，通过手眼标定方法获得的标定结果严重依赖于给定的空间点位置及机器人自身精度与稳定性，如果存在个别标定点异常、机器人精度异常，如识别错误，将会严重影响标定结果的可靠性和精度。故，亟需一种能够进一步提升精准性的机器人校准方法。
发明内容
本发明提供一种机器人校准方法、装置、电子设备及介质，用以解决上述问题。
本发明提供一种机器人校准方法，包括：
获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息以及第三标定信息，其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息；
根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值；
根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵；
基于所述转换矩阵对机器人校准。
根据本发明提供的一种机器人校准方法，所述根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值，包括：
将第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息的乘积作为标记板在机器人坐标系的标定理论值；
相应地，所述根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵，包括：
利用最小二乘法对标定理论值与标定实际值进行求解，获得转换矩阵。
根据本发明提供的一种机器人校准方法，所述标记板在机器人坐标系的标定实际值为多个标定实际值；
相应地，在所述根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵之前，方法还包括：
对所述多个标定实际值进行残差计算，并基于计算得到残差值对所述多个标定实际值过滤，以获得过滤后的标定实际值；
所述根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵，包括：
根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与过滤后的标定实际值确定转换矩阵。
根据本发明提供的一种机器人校准方法，所述标记板在机器人坐标系的标定实际值通过如下方式获得：
在相机的拍照范围内按照预设的焊接高度获取多个间隔设置的标记板在机器人坐标系的标定实际值。
根据本发明提供的一种机器人校准方法，所述基于所述转换矩阵对机器人校准包括：
将所述转换矩阵作为校准参数；
在所述基于所述转换矩阵对机器人校准之后，方法还包括：
根据校准参数对焊接点进行定位，以获得定位结果。
根据本发明提供的一种机器人校准方法，所述标记板为Aruco标记板。
本发明还提供一种机器人校准装置，包括：
标定信息获取模块，用于获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息以及第三标定信息，其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息；
理论值获取模块，用于根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值；
转换矩阵确定模块，用于根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵；
校准模块，用于基于所述转换矩阵对机器人校准。
根据本发明提供的一种机器人校准装置，所述理论值获取模块具体用于将第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息的乘积作为标记板在机器人坐标系的标定理论值；
相应地，所述转换矩阵确定模块具体用于利用最小二乘法对标定理论值与标定实际值进行求解，获得转换矩阵。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述任一种机器人校准方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种机器人校准方法。
本发明提供的机器人校准方法、装置、电子设备及介质，通过在焊接区域获取第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息从而确定标定理论值，并根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵，从而达到校准效果，解决了视觉标定后某些区域不准的问题，使得焊接的位置更加校准，增加了焊接机器人的适用区域，提升了焊接质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的机器人校准方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的机器人校准装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例提供的机器人校准方法的流程示意图；如图1所示，该机器人校准方法，包括：
S101，获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息(即标记板在相机坐标系下的xyz坐标)、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息(即相机与机器人法兰的手眼标定结果矩阵/>)以及第三标定信息。
其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息(即拍照时的机器人法兰位置的RT变换矩阵)，所述标记板为Aruco标记板。Aruco标记板由宽的黑色边框和确定其标识符(id)的内部二进制矩阵组成。相比于Apriltag和其他的二维码标定板，Aruco标记板具有如下优点：设置简单、依赖更少、鲁棒性高、对遮挡场景适应性更好的优点以及更适应实际工业应用场景。
需要说明的是，在获取第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息之前，预先设定好能覆盖焊缝的拍照点，即确定要进行精度校准的焊缝区域。
在确定焊缝区域之后，打开拍照程序及Aruco标记识别程序，其中Aruco标记识别程序是用于识别标记的程序。通过找到Aruco标记识别程序获取Aruco标记的中心点在相机坐标下的数值，即
S102，根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值。
在本步骤中，将第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息的乘积作为标记板在机器人坐标系的标定理论值即，/>
S103，根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵。
在本步骤中，利用最小二乘法对标定理论值与标定实际值进行求解，获得转换矩阵。
需要说明的是，对于每一个机器人的拍照姿态，都会通过多次改变拍照位置，从而获得多组第一标定信息、第二标定信息、第三标定信息以及标定实际值，进而根据多组第一标定信息、第二标定信息、第三标定信息以及标定实际值，计算得到多个标定理论值。基于多个标定理论值以及多个标定实际值计算得到转换矩阵。
举例来说，若获取8个标定理论值，则8个标定理论值组成一个8行3列的矩阵A。对应地，标定实际值为8行3列的矩阵B，则根据A*X＝B，计算得到转换矩阵X。
S104，基于所述转换矩阵对机器人校准。
在本步骤中，将所述转换矩阵作为校准参数，并根据校准参数对焊接点进行定位，以获得定位结果。即将转换矩阵作为内参加入常用的焊接定位算法中，从而达到精度校准效果。
本发明实施例提供的机器人校准方法，通过在焊接区域获取第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息从而确定标定理论值，并根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵，从而达到校准效果，解决了视觉标定后某些区域不准的问题，使得焊接的位置更加校准，增加了焊接机器人的适用区域，提升了焊接质量。
进一步地，所述标记板在机器人坐标系的标定实际值为多个标定实际值。
相应地，在所述根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵之前，方法还包括：
对所述多个标定实际值进行残差计算，并基于计算得到残差值对所述多个标定实际值过滤，以获得过滤后的标定实际值。即由于拍照位置发生了多次变化，中间可能存在人为误差，需要将多个标定实际值中残差过大的标定实际值剔除，进而再进行转换矩阵的计算。
所述根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵，包括：
根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与过滤后的标定实际值确定转换矩阵。
进一步地，所述标记板在机器人坐标系的标定实际值通过如下方式获得：
在相机的拍照范围内按照预设的焊接高度获取多个间隔设置的标记板在机器人坐标系的标定实际值。具体地，用机器人TCP点Aruco标记中心点，从而找到机器人坐标系下的Aruco标记的中心点坐标值(即标定实际值)。
具体地，先在拍照范围内(可稳定识别中心点)按照预设的焊接高度找4个相距一定距离(比如10cm)的点，基于这4个点进行第一标定信息、第二标定信息、第三标定信息以及标定实际值的获取。在原有的焊接高度基础上，再抬高焊接高度(比如10cm)并在同一高度找另外四个相距一定距离的点。各点位的标记要面向相机，保证识别稳定，机器人走点要用焊接工具TCP，会用到特制的固定焊接尖点，精准点到标记中心点。
下面对本发明提供的机器人校准装置进行描述，下文描述的机器人校准装置与上文描述的机器人校准方法可相互对应参照。
图2为本发明实施例提供的机器人校准装置结构示意图，如图2所示，一种机器人校准装置，包括：
标定信息获取模块201，用于获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息(即标记板在相机坐标系下的xyz坐标)、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息(即相机与机器人法兰的手眼标定结果矩阵/>)以及第三标定信息。
其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息(即拍照时的机器人法兰位置的RT变换矩阵)，所述标记板为Aruco标记板。Aruco标记板由宽的黑色边框和确定其标识符(id)的内部二进制矩阵组成。相比于Apriltag和其他的二维码标定板，Aruco标记板具有如下优点：设置简单、依赖更少、鲁棒性高、对遮挡场景适应性更好的优点以及更适应实际工业应用场景。
需要说明的是，在获取第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息之前，预先设定好能覆盖焊缝的拍照点，即确定要进行精度校准的焊缝区域。
在确定焊缝区域之后，打开拍照程序及Aruco标记识别程序，其中Aruco标记识别程序是用于识别标记的程序。通过找到Aruco标记识别程序获取Aruco标记的中心点在相机坐标下的数值，即
理论值获取模块202，用于根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值。
理论值获取模块202具体用于将第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息的乘积作为标记板在机器人坐标系的标定理论值即，/>
转换矩阵确定模块，用于根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵。
转换矩阵确定模块具体用于利用最小二乘法对标定理论值与标定实际值进行求解，获得转换矩阵。
需要说明的是，对于每一个机器人的拍照姿态，都会通过多次改变拍照位置，从而获得多组第一标定信息、第二标定信息、第三标定信息以及标定实际值，进而根据多组第一标定信息、第二标定信息、第三标定信息以及标定实际值，计算得到多个标定理论值。基于多个标定理论值以及多个标定实际值计算得到转换矩阵。
举例来说，若获取8个标定理论值，则8个标定理论值组成一个8行3列的矩阵A。对应地，标定实际值为8行3列的矩阵B，则根据A*X＝B，计算得到转换矩阵X。
校准模块，用于基于所述转换矩阵对机器人校准。
在本模块中，将所述转换矩阵作为校准参数，并根据校准参数对焊接点进行定位，以获得定位结果。即将转换矩阵作为内参加入常用的焊接定位算法中，从而达到精度校准效果。
本发明实施例提供的机器人校准装置，通过在焊接区域获取第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息从而确定标定理论值，并根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵，从而达到校准效果，解决了视觉标定后某些区域不准的问题，使得焊接的位置更加校准，增加了焊接机器人的适用区域，提升了焊接质量。
图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器310(processor)、通信接口320(Communications Interface)、存储器330(memory)和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行机器人校准方法，所述机器人校准方法，包括：获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息以及第三标定信息，其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息；根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值；根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵；基于所述转换矩阵对机器人校准。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述个方法所提供的机器人校准方法，所述机器人校准方法，包括：获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息以及第三标定信息，其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息；根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值；根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵；基于所述转换矩阵对机器人校准。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种机器人校准方法，其特征在于，包括：
获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息以及第三标定信息，其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息；
根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值；
根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵；
基于所述转换矩阵对机器人校准。
2.根据权利要求1所述的机器人校准方法，其特征在于，所述根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值，包括：
将第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息的乘积作为标记板在机器人坐标系的标定理论值；
相应地，所述根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵，包括：
利用最小二乘法对标定理论值与标定实际值进行求解，获得转换矩阵。
3.根据权利要求1所述的机器人校准方法，其特征在于，所述标记板在机器人坐标系的标定实际值为多个标定实际值；
相应地，在所述根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵之前，方法还包括：
对所述多个标定实际值进行残差计算，并基于计算得到残差值对所述多个标定实际值过滤，以获得过滤后的标定实际值；
所述根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵，包括：
根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与过滤后的标定实际值确定转换矩阵。
4.根据权利要求1所述的机器人校准方法，其特征在于，所述标记板在机器人坐标系的标定实际值通过如下方式获得：
在相机的拍照范围内按照预设的焊接高度获取多个间隔设置的标记板在机器人坐标系的标定实际值。
5.根据权利要求1所述的机器人校准方法，其特征在于，所述基于所述转换矩阵对机器人校准包括：
将所述转换矩阵作为校准参数；
在所述基于所述转换矩阵对机器人校准之后，方法还包括：
根据校准参数对焊接点进行定位，以获得定位结果。
6.根据权利要求1-5任一所述的机器人校准方法，其特征在于，所述标记板为Aruco标记板。
7.一种机器人校准装置，其特征在于，包括：
标定信息获取模块，用于获取设置在焊缝区域的标定板确定标记板在相机坐标下的第一标定信息、相机与机器人之间手眼标定的第二标定信息以及第三标定信息，其中，所述第三标定信息包括拍照时机器人的位置信息；
理论值获取模块，用于根据所述第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息确定标记板在机器人坐标系的标定理论值；
转换矩阵确定模块，用于根据标记板在机器人坐标系的标定理论值与标记板在机器人坐标系的标定实际值确定转换矩阵；
校准模块，用于基于所述转换矩阵对机器人校准。
8.根据权利要求7所述的机器人校准装置，其特征在于，所述理论值获取模块具体用于将第一标定信息、第二标定信息以及第三标定信息的乘积作为标记板在机器人坐标系的标定理论值；
相应地，所述转换矩阵确定模块具体用于利用最小二乘法对标定理论值与标定实际值进行求解，获得转换矩阵。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述机器人校准方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述机器人校准方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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